基于电力载波的控制系统的设计.doc

毕业设计毕业设计 基于电力载波的控制系统的设计 基于电力载波的监控系统的实现 姓 名 高鹏 学 号 06010006 班 级 06 自动化 专 业 自动化 所在系 电气工程系 指导老师 李明 摘 要 近年来 通过配电网实现通信 又称低压电力线载波通信 PLC 越来越引起 人们的广泛关注 电力线载波通信的许多优点为电力市场以及相关业务的发展 提供了广阔的应用前景 特别是 这种通信方式可以利用现有的深入到千家万户 的供电网络 而成为一种易于接入 方便使用且成本低廉的理想选择 因此 利 用电力线通信技术构建针对家庭或楼宇的智能监控系统 是一种很有潜力的方 案 然而 电力线网络总是处于强噪声环境下工作 电力线的低通特性 频率选 择性衰减 网络阻抗的不匹配 信号的反射和折射以及严重的噪声干扰导致的小 信噪比 SNR 等都会给电力线通信带来困难 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参 考 本文研究了低压电力线通信技术在监控系统中应用的可行性 概要介绍了 低压电力线通信技术的理论研究和工业应用现状 结合实测数据 分析了低压电 力线信道的低输入阻抗 高噪声 强衰减特性 设计了一个基于单片机和电力载 波芯片的电力线通信系统的硬件平台 从而实现了基于电力线通信的远程监控 系统 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 关键词 低压电力线载波通信 单片机 耦合电路 Monitoring System Based On The Power Line Communications 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 ABSTRACT The usage of electrical power distribution networks as a media for communications called Power line Communications PLC has become more and more attractive in recent years It has a number of advantages that attract great interest for the development of electrical market and business opportunities The main attractive feature of this kind of media is due to its ubiquity Indeed nowadays all urban suburban and rural areas are fully covered by transmission and distribution electricity grid for devlivering energy services Its ubiquity makes it an ideal media for surveillance and control applications However power line communication channel is well known by experts as one of the most complex to characterize It is often said that power line acts as hostile environment Besides the low pass characteristic of the channel and the frequency selective fading the impedance mismatching the signal reflection and the impulse noises crucially affact the Signal to Noise Ratio SNR 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 In this thesis we present the possibilities of applying PLC in the communication access networks A concise summary of the state of the art of the theory and practice of Power line Communication is presented The power line channel characteristics is analyzed based on measurement data Some tips are given for PLC modem development to utilizing the characteristics Finaly a remote surveillance and control system is constructed based on narrowband power line communication 本文档可以自由复制 内容或自由编辑修改内容 供参考 Key Words Power Line Communication MCU Coupling Circuit 本文档可以自由复 制内容或自由编辑修改内容 供参考 目 录 第一章 绪论 1 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 1 本次设计的研究背景 1 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 电力载波通讯技术的现状 1 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 1 国内发展状况 2 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 2 国际发展状况 3 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 第二章 电力载波通信技术 5 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 1 电力载波通信技术 5 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 电力载波通信的特点 5 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 1 高雅再拨路由合理 通道建设投资相对较低5 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内 容 供参考 2 2 2 传输频带受限 传输容量相对较小 6 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 3 可靠性要求高 6 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 4 线路噪声大 6 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 5 线路阻抗变化大 7 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 6 线路衰减大且具有时变性 7 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 7 对外界的干扰 7 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 8 网络应用要求更高 7 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 3 电力载波通信的优点及发展方向 7 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 低压电力线载波通信的应用领域 8 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 1 智能小区中的应用 8 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 2 在自动抄表系统中应用 9 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 3 在家居智能化的应用 9 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 4 其他领域的应用 10 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 第三章 低压电力线载波通信信道分析11 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 3 1 传入阻抗特征分析 11 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 3 2 信号衰减特征分析 13 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 3 3 噪声干扰特征分析 15 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 3 4 本章小结 16 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 第四章 电力线通信调制技术 17 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 1 正交多载波调制技术 OFDM 17 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 2 OFDM 的定义 17 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 3 OFDM 的基本模型定义 19 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 4 OFDM 的数学模型 20 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 5 OFDM 的优缺点 22 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 第五章 监控系统的硬件设计 24 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 1 监控系统的整体构成 24 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 2 单片机模块的设计 24 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 2 1 KQ 100E 模块设计 26 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 2 2 A D 模数转换模块设计 26 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 3 电力载波调制解调器芯片的选择 27 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 4 耦合器的设计 30 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 5 本章小结 32 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 第六章 总结 33 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 参考文献 35 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 致 谢 37 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 第一章 绪论 1 1 本次设计的研究背景 电力线通信 简称 PLC Power Line Communications 是指利用中 低压电力线作为 通信介质 实现数据 语音和图像等综合业务传输的通信技术 相比各种有线通信技术 它 具有不需重新布线的优点 不仅可以节约资源 安装使用方便 而且不影响建筑物的美观 相比各种近距离无线通信技术 比如蓝牙 ZigBee 等 它又有不受建筑物阻隔 容易组建 网络的优点 正是这些优点 使它的应用领域广泛 电力载波通信技术 过去仅仅用于远程 抄表 家居自动化 传输速率很低 不适合高速信息传输 随着技术的不断发展 电力线通 信技术将不仅仅只用于电力系统生产调度 它可以作为一种宽带技术 向社会用户提供商业 化运营服务 电力线通信技术与以太网 ADSL 无线通信等技术相比 有其独特的特点 该 技术不需要在建筑物内重新布线 只需利用建筑物内已有的电线 在进行电力传输的同时 可以实现对数据 语言和视频等多项业务的承载 做到 四网合一 终端用户设备只需要 插入电源头 就可以进行因特网浏览 接收网络电视节目 打公用电话或者可视电话 组建 家庭网络 实现家庭自动化等 同时利用电力线通信技术 还可以提供电力系统远程监控 远程抄表等业务 电力线通信对我国具有特别的意义 近年来 我国的通信事业发展迅速 但尚不能满足人们的需求 专门的通信网络的覆盖范围还太小 这些网络的构建需要大量的 人力物力 而同时我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路 若利用现成的电力线网络 进行通信 为用户提供数据和语音 视频等信息服务 则可节省大量资金 将会对中国电信 市场改革和互联网的发展带来极大的空间 另外 电力线通信技术组网简单 成本低 可靠 性高 易于实现受到越来越多的人的关注 特别是 十一五 规划中把电力线载波通信列入 大力研究项目 其中低压电力线载波的发展对策明确把研究电线上网的技术原理和应用技术 探讨电线上网的政策和运营方式 努力为实现全面电线上网打好基础作为发展重点 本文档可 以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 电力载波通讯技术的现状 电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行而应运而生的 它同安全稳定控制系统 调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱 目前 它更是电网调度自 动化 网络运营市场化和管理现代化的基础 是电力系统的重要基础设施 由于电力通信网 对通信的可靠性 保护控制信息传送的快速性和准确性具有严格的要求 并且电力部门拥有 发展通信的特殊资源优势 因此 世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建立了电 最新范本 供参考 力系统专用通信网 长期以来 电力线载波通信网一直是电力通信网的基础网络 目前在长达 670 000 km 的 35 kV 以上电压等级的输电线路上多数已开通电力线载波通道 形成了庞大的 电力线载波通信网 该网络主要用于地 市级或以下供电部门构成面向终端变电站及大用户 的调度通信 远动及综合自动化通道使用 近年来 随着光纤通信的发展 电力线载波通信已 从主导的电力通信方式改变为辅助通信方式 但是 由于我国电力通信发展水平的不平衡 由 于电力通信规程要求主要变电站必须具有两条以上不同通信方式的互为备用的通信信道 由 于电力线载波技术革新带来的新的载波功能以及由于昔日数量庞大的电力线载波机的更新换 代 都导致了电力线载波机虽然作为电力通信的辅助通信方式 但是在全国仍然存在较大的市 场需求 全国共有约 20 家企业从事高压电力线载波机的开发和生产 中低压电力线载波的应 用目前主要在 10 kV 电力线作为配电网自动化系统的数据传输通道和在 380 220 V 用户电网 作集中远方自动抄表系统的数据传输通道 还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网高 速 Modem 的应用 在这些方面 10 kV 上的应用已达到了实用化 成都一家公司开发的扩频载 波数据传输装置 已通过质量检验 在四川罗江县供电局已可靠运行达一年之久 从事这类产 品开发生产的企业全国约有几十家 作为自动集抄系统通道的载波应用目前已能够形成组网 通信 完成数据抄收功能 但是由于用户电网的某些时变特性和突发噪声对数据传输的影响 在技术上并未得到根本解决 因此还存在着抄表 盲区 的问题 这一问题目前一直阻碍电 力线载波通信技术在该系统的应用 从事这类产品生产的企业全国有 200 家以上 并大多数 都存在技术开发和工程并行的状况 真正取得良好经济效益的只是少数 事实上人们运用电 力线通信己有几十年的历史了 以前的电力线载波机是在中高压输电网上以较低速率传送远 动数据或话音 仅用于电力部门线路控制 继电保护等方面 后来 PLC 技术逐渐运用在低压 配电网络中 被广泛用于负荷控制 远程抄表 但传输速率仍然很低 称为低速 PLC 近年 来随着通信技术的发展 世界上许多公司在研究高速电力线通信技术方面取得了重大的突破 研制出了许多实用的芯片并开始推广应用 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 关于电力线上网的电力线载波技术应用目前以中电飞华公司为代表 已在北京开通了 5 个以上的实验小区 取得了大量的第一手资料 这是一个非常好的开端 至于何时能够进入商 业化生产和运营还需综合考虑技术性能 成本核算和符合国家有关环境政策等方面的问题 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 1 国内发展状况 我国研究低压电力线载波技术起步较晚 但发展速度较快 由于我国低压配电网的负荷 特性 网络结构 供电方式和国外有很大的不同 国外已有的理论研究成果和开发的系统不 能完全适应我国的实际 我国科技工作者在中国低压配电网高频信号传播特性 电力线高速 数据通信机理 应用产品开发等方面进行了大量的研究工作 中国电科院 1997 年开始承担 国家电力公司第一个电力线高速数据通信技术项目的研究工作 对电力线信道特性 电力线 数据通信机理进行了系统的理论研究和大量测试 2000 年研制出国内第一套传输速率为 最新范本 供参考 2Mbps 的 PLC 产品 2001 年和 2003 年分别研制出传输速率为 14Mbps 和 45Mbps 的产品 国电通信中心于 2001 年 9 月 1 日正式组建了 PLC 办公室 正式启动国电 PLC 计划 并 由其控股的中电飞华负责 PLC 的接入业务 作为国家电力公司进军电信市场的主导产业 据悉 北京已有 100 多个电力系统的住宅小区使用 PLC 技术上网 本文档可以自由复制内容或自由 编辑修改内容 供参考 在高压电网方面 技术已经比较成熟 已经形成了庞大的电力线载波通信网 目前在长 达 67 万千米的输电线路上多数已开通电力线载波通道 主要用于地 市级或以下供电部门 面向终端变电站及大用户的调度通信 远动及综合自动化通道的使用 本文档可以自由复制内容或自 由编辑修改内容 供参考 在中压电网方面 电力线载波目前主要应用是在 10kV 电力线作为配电网自动化系统的 数据传输通道 在 380 220V 低压配电网方面 电力线载波主要用于远方自动抄表系统的数据传输 从 事这类产品开发生产的企业全国至少有 200 家以上 并且大多数都存在技术开发和工程并 行的状况 还有正在开发并取得阶段性成果的电力线上网的应用 本文档可以自由复制内容或自由编辑 修改内容 供参考 与此同时 随着人们生活质量要求的逐步提高 智能化小区 智能化家庭开始成为发展 趋势 智能小区是一个综合性的系统工程 它包含了若干子系统 作为智能大厦 智能小区 的后备网络 采用电力载波通讯有其无法比拟的优越性 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供 参考 在家居智能化的应用 把电力线通信技术 网络 微控制器相结合 是在现有基础上推 进家庭自动化的最现实最经济的途径 即以电力线为物理媒介 把室内的家电控制器与电脑 相连组成一个网络 其优点是 电力线和信号线合一 无须布设信号线 人们原来使用和维 护电器的习惯都不受影响 家电无须增加双绞线 红外等接口 只要在内部配备电力线载波 通信芯片 再更新程序就行了 对老式家电的改造也很容易 家电的信息量小 电力线载波 速度慢的缺点不突出 因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景 特 别是在中速率传输应用方面 因其具有可靠性高 造价低廉优点 故可以与 蓝牙 相媲美 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 2 2 国际发展状况 在国际方面 低压电力线载波通信的研究 在美 德 英等国家已经取得了突破性的进 展 最早提出低压电力线载波通信概念并进行可行性研究的是英国曼彻斯特的一家地区性供 电公司 NORWEB NORWEB 公司在 1990 年就开始研究电力线通信技术 1992 1993 年完成世 界上首次配电网上的 25 个终端用户的电话与数据通信试验 1997 年 10 月与加拿大 Nortel 公司联合宣布解决了电力线通信的抗干扰问题 1998 年夏天 NORWEB 公司在低压配电网上 开发出 2MHz 带宽内传输速率为 1 Mbps 的系统 利用了该公司新开发的数字电力线载波技术 最新范本 供参考 DPL Digital Power Line 数字电力线 从而将四通八达的电力线转化为信息高速公路 1993 年 英国 SWEB 公司成功地在一地区性有限遥测系统 RMS 中采用中 低压配电网进行 两路数字载波通信 将已有的水 电表计与电能表计连接起来 能提供包括水 天然气 电 能的自动抄表等功能 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 在德国 RWE 集团从 1997 年开始与瑞士的 Ascom 公司合作开发 PLC 技术 2000 年 5 月 开始进行 200 户参与的现场试验 2001 年 7 月开展了 RWE Power Net PLC 高速上网 RWE Power School PLC 学校联网 和 RWE eHome 智能建筑遥控与自动化 三项业务 德国 也是世界上第一个允许 PLC 进入商业化运行的国家 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 在美国 电力系统通信是 信息高速公路计划 的一个重要组成部分 Intellon 公司 于 2000 年发布的报告称 其 Power Packet Technology 信号传输速率已达 14Mbps 美国的 Inari 公司也是较早宣布在电力线上实现 10Mbps 传输速率的公司之一 它是第一个将电力 线网络解决方案走向市场的公司 并开发了其特有的 Plug in 协议 本文档可以自由复制内容或自由 编辑修改内容 供参考 韩国 Xeline 公司在 2001 年 3 月推出了 PLC 产品解决最后一公里接入 家庭网络应用解 决方案 在韩国汉城建立了与互联网相连接的示范点 实现了同步互联网接入的家庭联网 文件共享和 MP3 音乐播送 产品传输速率从 1Mbps 到 32Mbps 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改 内容 供参考 其余 还有许多的国家的研究机构也对此投入了大量的精力 研制出了不少电力线通信 产品 如以色列的 Itran 公司 瑞士的 Ascom 公司 德国的 Polytrax 公司 西班牙的 DS2 公司等 产品的传输速率也从 1Mbps 到 24Mbps 甚至 45Mbps 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改 内容 供参考 为了推动电力线数据传输技术的研究及应用 国际上又相继成立了多个 PLC 相关组织 其中最有影响力的是由美国 3com Cisco Compaq Enikia Intel Intellon Motorola 日本 Panasonic 美国 Diamond Texas Instruments 等 13 家公司联合组建的家 庭插电联盟 HPA Homeplug Power line Alliance 该团体选用美国 Intellon 公司的技 术作为统一技术标准的原型 致力于实现在家庭及其它接入网中使用电力线传输信息的网络 技术规格标准化工作 目前 已有 90 家公司参与该组织标准的制定工作 2001 年 6 月 HPA 发布了其标准的第 1 个版本 Home Plug Specficationl 0 将数据传输速率定为 14Mbps 另外的组织还有电力线通信论坛 PLC Forum PALAS Power line as an Alternative Local Access 以及日本的 ECHONET 电力线通信论坛 PLC Forum 由 Alcatel Ascom Cisco Enikia Nortel PolyTrax 等公司组建 论坛的目标是为所有对 PLC 感兴 趣的制造商 客户 研究人员以及政府机构提供一个平台 促进他们交流和丰富有关 PLC 的 知识 与 HPA 偏重于室内联网不同 PLC Forum 侧重于接入部分 他们使用不同的频段 PALAS 将目标定位于为高速 PLC 市场上的潜在用户开发一套完整的 商业化的测试服务工具 包 ECHONET 是由日本 60 家有关企业设立的联合机构 电力线载波通信设备开发会 研究 最新范本 供参考 用电力线作通信线路的技术 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 第二章 电力载波通信技术 2 1 电力载波通信技术 电力载波通信 Power Line Communication 是一种把载有信息的高频信号加载于电 流 利用已有的配电网作为传输媒介进行数据传输和信息交换的一种技术 它利用已有的配 电网作为信息传输的载体 避免了新的通信网络的建设和投资其覆盖面是任何网络无法比拟 的 电力线作为数据传输通道具有成本低 速度快 连接方便等优点 已经得到越来越广泛 的应用 特别是低压配电网它是一个用户多 分布广 用户必不可少的动力能源传输网络 同时也是一个日益被看好的 将来可以随时使用的高速数字通信网络 电力载波通信技术可 以分为窄带电力线通信 Narrowband over Power Line NPL 和宽带电力线通信 Broadband over Power Line BPL 两种方式 窄带电力线通信技术指通信速率小于 1Mbit s 的电力线载波通信技术 多采用普通的 PSK 技术 DSSS 技术和线性调频 Chirp 等技术 主要可应用于电力线自动抄表 电网负载控制 供电管理和工业控制等领域 或者 宽带电力线通信技术指带宽限定在 2 30MHz 之间 通信速率通常在 1Mbit s 以上的电力 线载波通信技术 主要采用以 OFDM 为核心的多种扩频通信技术 可以用于高速数字信号传 输 例如高速宽带多媒体数据通信 家庭楼宇智能网络 宽带网接入等 本文档可以自由复制内容 或自由编辑修改内容 供参考 2 2 电力载波通信的特点 2 2 1 高雅再拨路由合理 通道建设投资相对较低 高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站 再到调度所 正是电力调度通信所要求的 合理路由 并且载波通道建设无须考虑线路投资 因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式 电力线载波通道往往先于变电站完成建设 对于新建电站的通信开通十分有利 为此 只要妥 善解决电力线载波信道的容量问题 载波通信的优势就会显现出来 在中压配电网载波和低 压用户电网载波中 节省线路建设费用 无须考虑破坏家庭已装修环境 也仍然是载波通信的 优势 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 2 2 2 传输频带受限 传输容量相对较小 在高压电网中 一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰 电力线载波的通信频带限制于 40 500 kHz 之内 按照单向占用 4 kHz 带宽计算 理想情况下一条线路可安排 115 条高压载 波通道 但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限 13 43 dB 不可能理想地 按照频谱紧邻的方式安排载波通道 因此 真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是 有限的 在当今通信业务已大大开拓的情况下 载波通道的信道容量已成为其进一步应用的 瓶颈 尽管在载波频谱的分配上研究了随机插空法 分小区法 分组分段法 频率阻塞 法及地图色法和计算机频率分配软件 并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频 桥路 使载波频率尽量得以重复使用 但还是不能满足需要 近来光纤通信的发展和全数字电 力线载波机的出现 稍微缓解了载波频谱的紧张程度 在 10 kV 中压配电网和低压用户配电 网中 除了新上的载波信号之外 不存在其他高频信号 并且一般为多址传输 因此通道容量问 题并不突出 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 3 可靠性要求高 电力线载波机要求具有较高的可靠性 一是在电力系统中传输重要调度信息的需要 另一 是电压隔离的人身安全需要 为此 电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理 最终检验 必须包含安全性检验项目 为此 国家质检总局从 80 年代开始即对电力线载波机 类 产品实 行了强制性生产许可证管理 目前 管理的范围已包括各种电压等级的载波机 继电保护收 发信机 载波数据传输装置 如配网自动化和抄表系统的载波部分 和电力线上网调制解调器 目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质 量体系 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 4 线路噪声大 电力线路作为通信媒介带来的噪声干扰远比电信线路大得多 在高压电力线路上 游离放 电电晕 绝缘子污闪放电 开关操作等产生的噪声比较大 尤其是突发噪声具有较高的电平 根据国外资料描述 电力线的噪声特性可分为 4 种类型 1 具有平滑功率谱的背景噪声 其噪 声的功率谱密度是频率的减函数 如电晕噪声 其噪声特性可以用带干扰的时变线性滤波模 型来描述 2 脉冲噪声 由开关操作引起 这种噪声与电站操作活动的关系较大 3 电网频率 同步的噪声 主要由整流设备产生 4 与电网频率无关的窄带干扰 主要由其他电力设备的电 磁辐射引起 一般电晕噪声电平大致为 220 kV 25 dB 110kV 35 dB 带宽为 5 kHz 在 工业区 沿海地区 高海拔地区 新线路 升压线路上噪声电平还将增高 15dB 左右 因此 电力线载波机一般都采用较大的输出功率电平 37 49 dBm 来获得必要的信噪比 低压电力 线载波通道的噪声有背景噪声 脉冲噪声 同步和非同步噪声及无线电广播的干扰等构成 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 2 2 5 线路阻抗变化大 高压电力线阻抗一般为 300 400 在线路上呈波动状态 现场实测表明 在波动幅度达 到 1 2 左右时 对载波通道衰减将产生严重的影响 在通道加工不合理 不完善 存在容性 负载以及分支线时 会加剧载波通道的阻抗变化甚至中断通信 低压用户配电网载波通道的 阻抗变化更大 这使得载波装置不能采用固定的阻抗输出 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 6 线路衰减大且具有时变性 高压电力线载波通道衰减与频率的平方根成正比 且具有时变性 工频运行方式的改变 分支线的长短以及绝缘子污秽 刮强风 下小雨 线路冰凌及阻波器调谐线圈性能等多种因 素会对载波通道的衰减产生影响 为此 电力线载波机必须设置大于 30 dB 范围的自动增益 调整电路 一般来说 从 500 kV 到 220 V 电压等级从高到低 电压越低线路衰减越大 时变 性越强 建立通道越困难 有时在中压或低压配电网载波通道的衰减大到难以实现通信的状 况时 设计人员不得不采用特殊的通信方式或设计多通道电路来自动进行选择 本文档可以自由 复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 7 对外界的干扰 由于高压电力线载波频段限制在 40 500 kHz 只要控制载波机的谐波和交调乱真发射功 率足够小 即可避免对外界的干扰 值得研究的是在 220 V 线路上的扩频电线上网装置的干 扰问题 这类装置为了实现高速数据通信 往往占用频带达 30 MHz 甚至更多 据国外报道 当 电力线数据通信使用 2 30 MHz 的频带传输数据时 将对该频段的短波无线电广播等产生影响 目前我国还没有建立这方面的标准 应当将这种干扰限制在何种程度还需要进一步研究 本 文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 2 8 网络应用要求更高 现代通信对电力线载波的要求也更侧重于网络方面 需要将原先仅限于通道的概念扩展 为网络概念 以往的电力线载波机主要靠自动盘和音转接口实现小范围的联网 而将载波机 与调度机协同考虑 实现载波机协同变电站调度机的组网应用 以及适当设置能够与通信网监 测系统接口的数据采集变送器 应当是近几年考虑的问题 电力线载波在中 低压线路上的 应用在开始阶段就是建立在网络应用的基础之上的 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 3 电力载波通信的优点及发展方向 电力线载波通信是以电力网作为信息传送信道 实现数据有效传输的 若能以电力网为 信道 进入 PSTN 和 Internet 网等通信领域 那么其应用前景更广泛 但也要看到随着现 最新范本 供参考 代通信技术的迅猛发展 各种先进的通信手段如光纤 微波通信等迅速崛起 出现了载波电 力线通信和光纤 微波等等通信技术共同分通信行业这块大蛋糕的局面 电力线载波通信要 推广和发展就一定有优势才行 那么电力线载波通信有哪些优点 载波电力线优点 本文档可 以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 电力线载波通信利用的是现有的电力基础设施 电网 这个传输媒介是全球覆盖 最大的网络 用电力线做接入无需新布线就可以用到有电的地方就有宽带接入 本文档可以自由 复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 安装简单 设置灵活 为用户实现宽带互联带来很多方便 能实现智能家庭自动化 3 现有技术已经可以满足对带宽要求较高的用户需求 4 PLC 网络建设灵活 可根据用户需要按照小区甚至用户安装 投资小见效快 同时 运行费用低 用户花费较小 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 5 能够为电力公司电力管理提供传输通道 实现电力 数据 话音和图像综合业务传 输的通信技术 在电力线设计方面 1 电力线载波通信不受地形 地貌的影响 投资少 施工期短 设备简单 可以同其 他通信手段一起实现网络互联 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 电力线载波通信可靠性高 高压输电线结构坚固 高压输电线安全设计系数比光纤 的安全设计系数高 3 具有等时性 只要高压输电线一架通 载波通道就开通了 输电线架设到哪里 载 波通信线路就可以延伸到那里 目前我国 110kV 输电线路上和 35kV 的农网上还有大量的 电力线载波机在运行 庞大的电力线载波通信担负着电网内调度电话远动 远方保护信息的 传输 对电力线系统的安全 稳定 经济运行起着重要的作用 因此对这种廉价的电力系统 都有的信道资源不应轻易放弃 应加以合理的发展和利用 使之与高速 宽带技术长期并存 互为补充 不过 我们也要看见载波电力线的不足 由于受电网的影响 PLC 的传播距离有 限 在低压配电网上无中继的传输距离一般在 250m 以下 要实现自配电变压器至用户插座 的全电力线接入需要借助中继技术 这势必要增加系统的造价 电力负荷的波动对 PLC 接入 网络的吞吐量也有一定影响 由于多个用户共享信道带宽 当用户增加到一定程度时 网络 性能和用户可用带宽有所下降 但这些问题可以通过合理的组网方式得到解决 本文档可以自由 复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 低压电力线载波通信的应用领域 电力线载波通信 PLC 作为一种 无新线 NONEW WIRE 技术 利用现有的电力网作为 最新范本 供参考 信道 实现数据传递和信息交换 具有十分广阔的应用前景 其应用领域包括 本文档可以自由 复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 1 智能小区中的应用 所谓的智能小区 是指通过综合配置住宅区内的各功能子系统 以综合布线为基础 以 计算机网络为区内各种设备管理自动化的新型住宅小区 通常智能化大厦是 三 A 系统 即 1 安全自动化 SAS Safe Automation Sys tem 包括室内防盗报警系统 消防报警 系统 紧急求助系统 出入口控制系统 防盗对讲系统 煤气泄漏报警系统 室外闭路电视 摄像监控系统 室外的巡更签到系统 2 通 讯 自 动 化 CAS Communication Automation System 包括数字信息网络 语言与传真功能 有线电视 公用天线系统 3 管 理 自 动 化 MAS Management Automation System 包括水 电 煤气的远程抄表 系统 停车场管理系统 供水供电设备管理系统 公共信息显示系统 随着我国国民经济 科学技术水平的提高 特别是计算机技术 通信技术 网络技术 控制技术 信息技术的迅 猛发展与提高 促使家庭实现了生活现代化 居住环境舒适化 安全化 这些高科技已经影 响到人们生活的方方面面 改变了人们生活习惯 提高了人们生活质量 在我国 智能住宅 这一概念推广较晚 但其发展的速度却很快 全国已建立了一些具有一定智能化功能的住宅 和住宅小区 家庭智能大厦 智能小区是一个综合性的系统工程 她包含了若干子系统 作 为智能大厦 智能小区的后备网络 采用电力载波通讯有其无法比拟的优越性 因而在智能 大厦 智能小区底层通讯方式的选取上 各公司不约而同的把电力载波通讯作为首选 本文 档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 2 在自动抄表系统中应用 伴随着城市住宅建设日益发展 居民数和独立电能表数迅速膨胀 多种电价制度开始推 行 抄表计量日趋复杂 传统的人工抄表方式已难以适应新的变化 所谓自动抄表系统就是 自动采集各种计量表的读数 如 电表 水表 煤气表 冷气表等 现在采集数据方法有 电话线 无线电 电力线和红外线等等 电力线载波抄表系统则是利用现有的电力线为媒介 进行数据收集 不但有效降低系统的成本同时可以方便快捷地实现自动化抄收 利用计算机 的强大功能抄收的数据可以立即处理形成报表 同时由于双工通讯可以很容易做到监控用户 用电参数 欠费断电等其他系统没有的功能 采用以计算机为基础 利用电力线载波通讯技 术开发的自动抄表系统 可以取消用电中间层 降低用电中间层 降低居民用电价格 消除 用电过程腐败现象 同时也给远程智能抄表的技术发展与产品推广提供了前所未有的契机 巨大的潜在市场和蓬勃的生命力 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 3 在家居智能化的应用 把电力线通信技术 网络 微控制器相结合 是在现有基础上推进家庭自动化的最现实 最经济的途径 即以电力线为物理媒介 把分布在住宅各个角落的微控制器和家电 PC 机连 最新范本 供参考 成一个网络 其优点是 电力线和信号线合一 无须布设信号线 人们原来使用和维护电器 的习惯都不受影响 家电无须增加双绞线 红外等接口 只要在内部配备电力线载波通信芯 片 再更新程序就行了 对老式家电的改造也很容易 家电的信息量小 电力线载波速度慢 慢的缺点不突出 因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景 特别是 在中速率传输应用方面 因其具有可靠性高 造价低廉优点 故可以与 蓝牙 相媲美 本 文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 4 4 其他领域的应用 在其他领域里 电力线载波通讯也显示出了其巨大潜力 比如在一些干扰大 布线困难 的工业自动化控制系统 采用电力载波通讯方式能达到事半功倍的效果 电力线在现代生活 中已处不在 只要能满足通讯要求 而又不便布线的地方 电力载波通讯技术都有着无比的 的优越性 可以得到充分的应用 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 第三章 低压电力线载波通信信道分析 3 1 传入阻抗特征分析 本章所述的信道阻抗 指的是低压电力线的输入阻抗 即信号发送装置和信号接收装置 驱动点上电力网的阻抗 它直接影响了信号祸合的效率 是低压电力线传输特性的一个重要 参数 在没有负载的理想情况下 电力线相当于一根均匀分布的传输线 单位长度的电力线 信道的理想模型如图 3 1 a 所示 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 图 3 1 电力线信道模型 Fig 3 1 Model of Power Line Communication Channel 图中 L 串联电感 C 导体间的电容 R 传输线的电阻 G 分流电导 由于电阻 R 电导 G 很小可以忽略 信道模型可简化为图 3 1 b 所示的双端口网络 网络特性阻抗 C L Z 0 则电力线上任意两个通讯节点的等效模型如图 3 2 所示 简化的等效电路模型则如图 3 3 所 示 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 图 3 2 两个通信节点的等效电路 Fig 3 2 Equivalent Cireuit between Two Communication Nodes 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 图 3 3 两个通信节点的等效简化电路 Fig 3 3 Equivalent Simplified Cireuit between Two Communication Nodes 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 实际电力线载波在两通讯节点之间除了特性阻抗外 引起信道间阻抗变化的主要原 0 Z 因是负载阻抗 L Z 图 3 4 负载阻抗影响原理图 Fig 3 4 Schematic Diagram of Load lmpedance lnfluences 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 图 3 4 中信号源的输出阻抗等于电力线的特性阻抗 负载阻抗在之间变化 0 Z L Z 0 当 时发射信号完全传输到接收端 不发生反射信号 阻抗匹配 当笋时接收端 L Z 0 Z L Z O Z 将产生反射信号 载波信号从信号源到接收端将产生衰减 这将影响信号的传输质量 本文 档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 最新范本 供参考 通常电力线输入阻抗会随用电设备的随机开关而产生较大幅度的改变 导致不同时间的输入 阻抗也不一样 因此很难做到信号发射端与接收端的阻抗匹配 本文档可以自由复制内容或自由编辑修 改内容 供参考 有研究表明低压配电网的信道阻抗有随载波频率的升高而上升的趋势 在 100KHz 频率 以下的阻抗值一般很低 如单个家庭住户的阻抗在 9 95KHz 频率下已经低到 为了得到 2 高效的信号祸合 这就要求信号发送装置具有低输出阻抗 本文档可以自由复制内容或自由编辑 1 修改内容 供参考 低压电力线载波通讯信道特性是多时变的 随着不同的时间 负载大小不断变化 输入 阻抗也变化 与电力线的特性阻抗的不一致趋势也无法确定 传输信号的衰减也不确定 且 信号通讯距离由于输入阻抗的变化应有一定的距离限制 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供 参考 3 2 信号衰减特征分析 低压电力线其本身的阻抗变化不大且相对稳定 并不是产生衰减的主要原因 主要是电 力线上并联着的负载尤其是那些用于调整电网功率因数的大电容对信号衰减影响很大 通信 过程中的信号衰减由两个部分组成 一是信号发送装置与信道间的耦合衰减 其中 耦合衰 减特性与信道的输入阻抗特性以及所使用的耦合设备参数有关 耦合衰减 101g 式 2 V VSG 中 是信号源电压 是接收电压 发送机耦合器的内阻理论上可以做的很小 二是 SG V r V 信号在信道中传输时的线路衰减 线路上的衰减是信号衰减的最主要原因 总体上讲 信号 在低压电力线上的传输特性如下 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 1 一般地 工作频率越高 衰减越严重 且在某些特殊频率点上 出现传输衰减极大与 极小值点 传输信号在 150kHz 以下的衰减相对稳定 150kHz 以上变化明显 从 150kHz 至 250kHz 之间 0 25dB kHz 的比例线性增长 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 2 一般情况下 异相传输衰减比同相传输衰减大 但是 有时三根相线之间存在一些耦 合电容 以及大功率加热器 三相电机等三相用电设备 如果这些设备对称使用三相电源 可能会出现同相传输的衰减比异相传输还大的状况 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 3 从理论上说 信号传输的距离越远 信号衰减越严重 虽然很难写出衰减与距离的函 数关系 经过统计发现 信号衰减与距离的关系一般为 40 100dB km 在农村衰减最大 每 500m 大约为 50dB 在城市每 250m 大约为 20dB 在郊区每 250m 大约为 25dB 但在 工业区衰减较小 每 750m 长的线路仅为 30dB 但也有可能信号在传输过程中遇到反射 最新范本 供参考 驻波等现象使信号的衰减变得更加复杂 可能出现近距离点的衰减比远距离点的还大的现象 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供参考 4 传输衰减与测试的时段有关 晚上比白天衰减小 在某些频率 衰减甚至可以小 20dB 5 传输衰减与测试的地点有关 这取决于工作地点周围挂在电力线上负载的多少及性质 图 3 5 为电力线上某一时刻的信号衰减情况 其中虚线为用户较多时 实线为用户较少时 本文档可以自由复制内容或自由编辑修改内容 供